一種自適應(yīng)性在線自主學(xué)習(xí)模型研究

劉興紅，梅佳星，張軍翔，徐 琦

(湖北師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，湖北 黃石 435002)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和在線學(xué)習(xí)資源的不斷豐富完善，在線學(xué)習(xí)已沒有年齡、地域、職業(yè)等限制。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境幾乎能找到你想要的大多數(shù)的相關(guān)課程，從管理到運(yùn)動(dòng)，從音樂到書法，從廚師料理到美容美發(fā)，在線學(xué)習(xí)是全球性的。學(xué)習(xí)者除了在老師的控制或指導(dǎo)下進(jìn)行在線學(xué)習(xí)外，還有更多的是自主學(xué)習(xí)。但由于在線方式多種多樣，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)可以通過在線課程也可能是社交媒體，可以是企業(yè)自己的學(xué)習(xí)平臺(tái)也可以是學(xué)校的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)。在各種各樣的學(xué)習(xí)平臺(tái)中，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)也容易出現(xiàn)各種各樣的問題，從而使學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)中迷茫，甚至偏離方向。

人工智能等技術(shù)的出現(xiàn)并逐漸應(yīng)用到教育中來，在線自主學(xué)習(xí)又有了新的進(jìn)步，自適應(yīng)學(xué)習(xí)理論有了新的應(yīng)用。自適應(yīng)學(xué)習(xí)是通過一種以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等作為互動(dòng)教學(xué)設(shè)備，在學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程中提供診斷測(cè)試，了解每一個(gè)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，根據(jù)每個(gè)學(xué)習(xí)者獨(dú)特的需求來安排教學(xué)資源的教育方式。循環(huán)往復(fù)，來達(dá)到自適應(yīng)學(xué)習(xí)的效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

1 在線自主學(xué)習(xí)

信息加工理論認(rèn)為自主學(xué)習(xí)是一種循環(huán)往復(fù)的檢驗(yàn)探索過程，而心理學(xué)家們普遍認(rèn)為，自主學(xué)習(xí)的主要?jiǎng)訖C(jī)是自我信念，建構(gòu)主義學(xué)者則認(rèn)為自主學(xué)習(xí)是指學(xué)習(xí)者對(duì)自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)內(nèi)容以及所使用學(xué)習(xí)材料的控制權(quán)，也就是說學(xué)習(xí)者的選擇程度是自由的。

在線自主學(xué)習(xí)應(yīng)該是學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行自我管理的一種學(xué)習(xí)行為。自動(dòng)控制理論下，在線自主學(xué)習(xí)是一種帶有反饋功能的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

1.1 在線學(xué)習(xí)資源的特點(diǎn)與利弊

現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)教育資源具有豐富、共享、良好的交互性能、多樣的媒體展示、逼真的虛擬表現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。但也存在資源繁多、條理不清、容易迷航、檢索困難、搜索效率低等不利的問題。豐富的在線教學(xué)資源支持學(xué)習(xí)者在線搜索，為學(xué)習(xí)者探究學(xué)習(xí)提供了方便，同時(shí)也為學(xué)習(xí)者提供多種交流方式。但由于檢索困難、搜索效率低，使學(xué)習(xí)者面對(duì)龐雜的學(xué)習(xí)資源無所適從，甚至在網(wǎng)絡(luò)中迷航，最終會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)失去信心和興趣。

1.2 學(xué)習(xí)者在線學(xué)習(xí)特點(diǎn)及行為特性

1.2.1 在線學(xué)習(xí)特點(diǎn)[1]在線學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者在自主學(xué)習(xí)環(huán)境下參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，實(shí)際上整體參與程度較低，由于學(xué)習(xí)者容易受到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中各種信息的干擾，只有在一定條件的監(jiān)控下才能讓學(xué)習(xí)者投入到在線學(xué)習(xí)中來。對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和組織更能滿足學(xué)習(xí)者對(duì)教學(xué)資源的需求，因此，在設(shè)計(jì)、安排、組織教學(xué)內(nèi)容的過程中，了解和掌握學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和行為是有必要的。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在線學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特點(diǎn)有以下兩種：1)學(xué)習(xí)過程容易受到學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的影響。學(xué)習(xí)者在選擇新的學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，一般習(xí)慣于選擇熟悉的知識(shí)領(lǐng)域進(jìn)行在線自主學(xué)習(xí)。2)學(xué)習(xí)的隨意性讓學(xué)習(xí)不受控制。在線學(xué)習(xí)可以做到學(xué)習(xí)隨時(shí)隨地進(jìn)行，不受時(shí)間、空間的限制，使得學(xué)習(xí)時(shí)間可控，可隨意調(diào)配，學(xué)習(xí)更靈活、更方便，同時(shí)也使學(xué)習(xí)易失去控制。

1.2.2 在線學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)者行為特征[2]學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)習(xí)慣和風(fēng)格各有不同，每一個(gè)人都具有不同的學(xué)習(xí)行為特征：有的學(xué)習(xí)者喜歡在瀏覽的同時(shí)做筆記；有的學(xué)習(xí)者卻偏好非常仔細(xì)地閱讀每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)細(xì)節(jié)；有的學(xué)習(xí)者喜歡先快速、多次、反復(fù)地閱讀相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，然后再選擇性地精讀其中的內(nèi)容等。

學(xué)習(xí)者行為特征通常有學(xué)習(xí)風(fēng)格特性(場(chǎng)定向風(fēng)格、認(rèn)知表征風(fēng)格)和學(xué)習(xí)行為特性差異(性別特征、年齡特征、學(xué)習(xí)層次特征)。自主學(xué)習(xí)的行為特征主要有：1)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)是有計(jì)劃、有目標(biāo)。自主學(xué)習(xí)者的目標(biāo)意識(shí)較強(qiáng)，他們的學(xué)習(xí)目的很明確，對(duì)自己需要什么不需要什么、希望達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)等，都十分清晰。同時(shí)對(duì)如何合理安排學(xué)習(xí)來完成學(xué)習(xí)任務(wù)，也能形成一個(gè)大致的學(xué)習(xí)計(jì)劃。2)能夠積極思考、全神貫注地學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)時(shí)，自主學(xué)習(xí)者能夠高度集中注意力，大多數(shù)人具有相當(dāng)強(qiáng)的抗干擾能力。3)學(xué)習(xí)積極主動(dòng)。有疑難問題時(shí)積極提問，對(duì)不同觀點(diǎn)敢于質(zhì)疑，樂于反思、及時(shí)總結(jié)。

1.3 在線自主學(xué)習(xí)的特點(diǎn)及自適應(yīng)學(xué)習(xí)需求

1.3.1 在線自主學(xué)習(xí)的特點(diǎn) 在線自主學(xué)習(xí)兼具了在線學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，因此，自主學(xué)習(xí)時(shí)更多的是強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的一種心理狀態(tài)。在線自主學(xué)習(xí)過程中，由于在線自主學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者不善于管理和監(jiān)控自己的學(xué)習(xí)過程，沒找到正確的或適合自己的學(xué)習(xí)方法和措施，學(xué)習(xí)只是在應(yīng)付，享受不到學(xué)習(xí)的快樂，使學(xué)習(xí)失去節(jié)奏感。所以在線自主學(xué)習(xí)的效率極低、對(duì)學(xué)生的自制力要求高、學(xué)習(xí)效果差。

1.3.2 自適應(yīng)學(xué)習(xí)需求 隨著在線學(xué)習(xí)在使用的廣度和深度上的不斷的增加，功利性獲取知識(shí)不再是在線學(xué)習(xí)主要的目標(biāo)，出于修心養(yǎng)性、陶冶情操的在線學(xué)習(xí)需求也在持續(xù)增加。構(gòu)建支持協(xié)同創(chuàng)新和個(gè)性發(fā)展功能的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，促進(jìn)在線學(xué)習(xí)者自身能力的提高，在線學(xué)習(xí)已經(jīng)普遍地融入學(xué)習(xí)者的生活、休閑和工作。越來越多的在線學(xué)習(xí)被認(rèn)為是具有建構(gòu)意義的、分布式的和基于特定情境的學(xué)習(xí)。隨著在線學(xué)習(xí)影響的擴(kuò)大,代表在線學(xué)習(xí)的核心表征從自主性逐漸向自適應(yīng)性變化[3]。

自適應(yīng)學(xué)習(xí)又可以叫做個(gè)性化學(xué)習(xí)。它使用計(jì)算機(jī)算法協(xié)調(diào)與學(xué)習(xí)者的交互，并提供定制資源和學(xué)習(xí)活動(dòng)，以滿足每個(gè)學(xué)習(xí)者的獨(dú)特需求。自適應(yīng)學(xué)習(xí)致力于通過計(jì)算機(jī)手段檢測(cè)學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)水平和狀態(tài)，并相應(yīng)地調(diào)整后面的學(xué)習(xí)內(nèi)容和路徑，幫助學(xué)生提升學(xué)習(xí)效率。自適應(yīng)可以用少數(shù)名師和研發(fā)團(tuán)隊(duì)輔助老師教學(xué)，判斷出每個(gè)學(xué)生的薄弱項(xiàng)，為他們提供個(gè)性化學(xué)習(xí)和指導(dǎo)。最大化調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，這個(gè)是我們持續(xù)看好的。

2 自適應(yīng)性在線自主學(xué)習(xí)模型

自適應(yīng)學(xué)習(xí)有三個(gè)步驟：第一，要構(gòu)建完善系統(tǒng)的知識(shí)圖譜，將知識(shí)點(diǎn)體系標(biāo)簽化、結(jié)構(gòu)化；第二，對(duì)用戶的每個(gè)學(xué)習(xí)行為實(shí)現(xiàn)映射；第三，通過算法計(jì)算出最佳學(xué)習(xí)路徑。

2.1 自適應(yīng)自主學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)

1)自適應(yīng)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)內(nèi)容呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)可交互，可以更好地適應(yīng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求，不斷地激起學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣；

2)自適應(yīng)自主學(xué)習(xí)可以在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的過程中更詳細(xì)地診斷出學(xué)習(xí)者行為中存在的問題；

3)自適應(yīng)自主學(xué)習(xí)可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為特征，制定出個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，提高學(xué)習(xí)效率；

4)自適應(yīng)自主學(xué)習(xí)可以讓學(xué)習(xí)者找出自己的不足，從而進(jìn)行彌補(bǔ)；

然而，這兩個(gè)比喻的差異之處在于冰山下面埋藏著隱形文化面積大于冰山表面的顯性文化面積，但是洋蔥的表皮面積卻比核心面積要大。所以，“文化冰山論”更能準(zhǔn)確地表達(dá)出人們平時(shí)看到的文化表象只是文化概念的一小部分而已，正如胡文仲在他的《跨文化交際學(xué)概論》第41頁所畫的冰山圖一樣讓人一目了然。

5)自適應(yīng)自主學(xué)習(xí)可以自動(dòng)尋求適應(yīng)人腦的學(xué)習(xí)方法。

2.2 自適應(yīng)在線自主學(xué)習(xí)模型構(gòu)建[4]

隨著自適應(yīng)技術(shù)在理論和實(shí)踐領(lǐng)域的迅速發(fā)展，自適應(yīng)控制系統(tǒng)也出現(xiàn)了多種形式，但目前自適應(yīng)控制在理論上比較成熟、在應(yīng)用上比較廣泛的還是模型參考自適應(yīng)控制和自校正控制。依據(jù)自動(dòng)控制理論和自適應(yīng)控制理論，自適應(yīng)自主學(xué)習(xí)是一種有別于一般反饋控制的反饋控制系統(tǒng)。自適應(yīng)在線自主學(xué)習(xí)模型如圖1所示：

圖1 自適應(yīng)性在線自主學(xué)習(xí)模型圖

3 自適應(yīng)性在線自主學(xué)習(xí)的主要環(huán)節(jié)

依據(jù)自適應(yīng)控制理論和自主學(xué)習(xí)理論，自適應(yīng)在線自主學(xué)習(xí)模型可以看成是一個(gè)在線的自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)，自適應(yīng)自主學(xué)習(xí)的核心是自適應(yīng)性，系統(tǒng)依靠自適應(yīng)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)單元調(diào)節(jié)自適應(yīng)性。在線自主學(xué)習(xí)的自適應(yīng)過程一般都有以下幾個(gè)主要環(huán)節(jié)[5]：

3.1 獲取數(shù)據(jù)

此環(huán)節(jié)的主要目的是獲取學(xué)習(xí)者的數(shù)據(jù)。當(dāng)學(xué)習(xí)者與自適應(yīng)性學(xué)習(xí)平臺(tái)交互時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過統(tǒng)計(jì)、記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為，收集學(xué)習(xí)者的數(shù)據(jù)，得出準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)行為特征數(shù)據(jù)。用框架方式統(tǒng)計(jì)，以日志條目的形式呈現(xiàn)，包括學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)內(nèi)容、媒體選擇、觀看習(xí)慣、學(xué)習(xí)時(shí)長等等。

3.2 分析數(shù)據(jù)

此環(huán)節(jié)主要是存儲(chǔ)、分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為的原始數(shù)據(jù)，創(chuàng)建一個(gè)相關(guān)的學(xué)習(xí)者模型。在第一個(gè)環(huán)節(jié)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之后，備份到數(shù)據(jù)中心，前期通過題目的設(shè)置來判斷學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的真實(shí)性，經(jīng)過過濾，把干凈的數(shù)據(jù)用作樣本分析。利用樣本數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)分析技術(shù)分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為特征，構(gòu)建基于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為特征的學(xué)習(xí)者知識(shí)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)者模型。

3.3 選擇學(xué)習(xí)

此環(huán)節(jié)主要是根據(jù)學(xué)習(xí)者模型和學(xué)習(xí)目標(biāo)來選擇學(xué)習(xí)信息，更新學(xué)習(xí)者的知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有掌握度和置信因子，隨著學(xué)習(xí)者進(jìn)入學(xué)習(xí)的時(shí)長和程度的推進(jìn)，置信因子會(huì)不斷變高，掌握度也會(huì)更加準(zhǔn)確，在知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)點(diǎn)之間會(huì)形成多種關(guān)系，所以搭建一個(gè)細(xì)粒度的知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是有一定難度的，置信因子是關(guān)鍵點(diǎn)。

3.4 展示信息

此環(huán)節(jié)是根據(jù)選擇的過程和結(jié)果，將學(xué)習(xí)內(nèi)容信息可視化地展示給學(xué)習(xí)者。自適應(yīng)系統(tǒng)一般都是隱藏選擇的過程詳情，直觀地、可視化向?qū)W習(xí)者展示最關(guān)鍵的信息，讓學(xué)習(xí)者一目了然，可用詳細(xì)的知識(shí)點(diǎn)列表和雷達(dá)圖等方式來呈現(xiàn)。自適應(yīng)學(xué)習(xí)內(nèi)容也通過搭建內(nèi)容支架為學(xué)習(xí)者提供更多的幫助。比如，先將學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)內(nèi)容分解成具體的一個(gè)一個(gè)的知識(shí)點(diǎn)模塊，直到學(xué)習(xí)者完成每一模塊的單獨(dú)學(xué)習(xí)之后，再幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)行知識(shí)整合。自適應(yīng)學(xué)習(xí)內(nèi)容以知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容為基礎(chǔ)，收集并分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)不同內(nèi)容的數(shù)據(jù)。

除了向?qū)W習(xí)者展示信息內(nèi)容，此環(huán)節(jié)還要?jiǎng)討B(tài)地改變學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)途徑，比如改變用戶的學(xué)習(xí)流或者解鎖學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)去向，給學(xué)習(xí)者更大的自由度。

3.5 輸出結(jié)果

此環(huán)節(jié)主要是輸出學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)信息，將學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況以一定的方式呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)行分析學(xué)習(xí)情況。

3.6 評(píng)價(jià)反饋

任何一個(gè)系統(tǒng)沒有反饋是不完整的，自適應(yīng)性在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)情況實(shí)時(shí)分析，并自適應(yīng)評(píng)價(jià)，然后反饋給系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

根據(jù)在線自主學(xué)習(xí)和自適應(yīng)在線自主學(xué)習(xí)特點(diǎn)，本研究構(gòu)建了自適應(yīng)在線自主學(xué)習(xí)模型，對(duì)在線自主學(xué)習(xí)的自適應(yīng)過程進(jìn)行了研究，對(duì)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行了探討。研究的不足在于，還沒有結(jié)合相關(guān)的實(shí)踐進(jìn)行實(shí)證研究，故自適應(yīng)在線自主學(xué)習(xí)模型及其運(yùn)行流程還有待進(jìn)一步完善，在后續(xù)的研究中，我們將進(jìn)一步對(duì)模型的實(shí)現(xiàn)和實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行探討和研究。